超濾膜及其組合工藝在污水處理中的應(yīng)用

梅才華 章尹 張?jiān)佈? 丁寧 梁芳

摘? 要：超濾膜作為膜分離技術(shù)的核心越來(lái)越受到人們的重視，本文總結(jié)了近幾年單獨(dú)超濾膜工藝及其組合工藝在污水處理中的應(yīng)用情況，從膜材料種類及改性、膜組件的放置方式、各種工藝之間相互組合處理效果3個(gè)方面詳細(xì)論述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于超濾膜工藝在污水處理中應(yīng)用研究，總結(jié)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外超濾膜研究現(xiàn)狀及方向，并對(duì)該研究領(lǐng)域今后的研究重點(diǎn)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：超濾膜? 組合工藝? 污水處理? 處理效果

中圖分類號(hào)：TU991.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2021）07（b）-0046-04

Application of Ultrafiltration Membrane and Its Combination Process in Wastewater Treatment

MEI Caihua1? ZHANG Yin1? ZHANG Yongxue1? DING Ning1? LIANG Fang2

（1. College of Civil and Architecture Engineering， Chuzhou University， Chuzhou， Anhui Province， 239000 China; 2. Guangxi Transportation Science and Technology Group Co.，Ltd.， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530007 China）

Abstract： As the core of membrane separation technology， ultrafiltration membrane has attracted more and more attention.This paper summarizes the research on the application of ultrafiltration membrane and its combination process in wastewater treatment in recent years， discusses the research status of the application of ultrafiltration membrane and its combination process in wastewater treatment in China and abroad from three aspects： the types and modification of membrane materials， the placement of membrane modules， the treatment effect， and prospects the future research focus in this field.

Key Words： Ultrafiltration membrane;Combined process;Sewage disposal;Treatment effect

超濾膜過(guò)濾技術(shù)由于具有操作簡(jiǎn)單、出水水質(zhì)好、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-3]。隨著膜性能的改善和膜壽命的延長(zhǎng)，超濾膜在污水領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多[4-5]。目前，超濾膜在污水領(lǐng)域的應(yīng)用方式主要包括單獨(dú)超濾膜及其組合工藝。

1? 單獨(dú)超濾膜工藝

單獨(dú)超濾膜工藝的研究方向目前主要集中在兩個(gè)方面：一是膜的改性，如膜表面引入親水性基團(tuán)或是對(duì)膜進(jìn)行預(yù)處理[6-7];二是改變膜表面的水利條件，如改變膜的放置方式或是對(duì)水體曝氣等[8-9]。

1.1 膜材料種類和改性

目前，超濾膜材料主要分為有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料兩種，主要膜材料種類及優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

無(wú)機(jī)膜材料較難成型，在實(shí)際應(yīng)用中較難推廣應(yīng)用，在膜材料的應(yīng)用和研究上主要以有機(jī)膜材料較為常見(jiàn)。而有機(jī)超濾膜的改性一直是業(yè)界不斷研究的話題，黃小川[10]通過(guò)原位植入法對(duì)聚砜超濾膜表面進(jìn)行改性，得到的改性超濾膜可使微生物粘附減少93%。Abdi等[11]則通過(guò)水合氧化鐵顆粒在紫外線條件下對(duì)聚醚砜超濾膜進(jìn)行改性，獲得了超親水性膜，發(fā)現(xiàn)該膜對(duì)于油水乳液分離具有優(yōu)異的性能。

1.2 膜組件放置方式

改變膜表面的水利條件，將對(duì)膜過(guò)濾效果產(chǎn)生直接影響，筆者總結(jié)了超濾膜在污水處理領(lǐng)域改變膜組件的放置方式對(duì)出水水質(zhì)所產(chǎn)生的影響。

1.2.1 分置式超濾膜

分置式是指膜組件與原水容器分開(kāi)設(shè)置，混合液在原水容器內(nèi)經(jīng)加壓泵增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過(guò)膜，成為較為清潔的水，大分子物質(zhì)等則被膜截留。

黃霞等[12]用分置式超濾工藝過(guò)濾糞水，研究分置式超濾工藝對(duì)糞水中氮、磷、病毒和細(xì)菌的濾除能力，發(fā)現(xiàn)分置式超濾膜對(duì)于水中懸浮物（ss）、大腸桿菌等擁有超高的濾除能力。劉桂中[13]應(yīng)用了分置式超濾膜系統(tǒng)處理含油廢水、印制印染廢水、造紙廢水等發(fā)現(xiàn)，分置式超濾膜系統(tǒng)處理后的污水比常規(guī)處理后的污水更符合國(guó)家排放規(guī)定，并且分置式超濾膜使用成本更低，可循環(huán)使用。

1.2.2 浸沒(méi)式超濾膜

浸沒(méi)式超濾膜是將膜組件放置在膜池中，通過(guò)負(fù)壓抽吸或虹吸自流方式過(guò)濾水。

張璽[14]以冶金廢水為對(duì)象，采用浸沒(méi)式超濾膜過(guò)濾，經(jīng)過(guò)超濾膜過(guò)濾后的出水相比較原來(lái)出水濁度降低70%，COD小于30mg/L，過(guò)濾效能明顯。林顯增等[15]將浸沒(méi)式超濾膜用于處理江水，對(duì)COMmn的去除率影響顯著。Wenchao Yin[16]采用浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)處理經(jīng)預(yù)氧化污水的研究中發(fā)現(xiàn)，浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)可降低39.2%的總有機(jī)碳，并在化學(xué)清洗時(shí)浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)對(duì)化學(xué)藥劑的接觸面更大，更利于超濾膜的維護(hù)與清洗。

浸沒(méi)式超濾膜較分置式超濾膜清洗效果更方便，還可實(shí)現(xiàn)氣反洗，延長(zhǎng)了膜壽命。但是單獨(dú)使用超濾膜過(guò)濾原水，會(huì)導(dǎo)致跨膜壓差快速上升，膜污染嚴(yán)重，在工程應(yīng)用上更多的是將超濾膜工藝和其他工藝組合應(yīng)用。

2? 超濾膜組合工藝

2.1 常見(jiàn)超濾膜組合工藝

單獨(dú)超濾膜工藝濾除能力較強(qiáng)，但濾膜使用壽命較低，總成本較高。超濾膜可與多種水處理方式相結(jié)合，當(dāng)前主流的組合工藝主要有超濾膜-混凝組合工藝、超濾膜-吸附組合工藝、超濾膜-氧化組合工藝、超濾膜與其他膜組合工藝[17-19]，其工藝原理和適用條件參見(jiàn)表2。

2.2 超濾膜組合工藝去除效果

2.2.1 超濾-混凝組合工藝

申露威[20]以水中總有機(jī)碳（TOC）為研究目標(biāo)，研究了超濾-混凝為主體的組合工藝對(duì)TOC去除效果，與其他組合工藝相比，單獨(dú)超濾膜工藝總?cè)コ首畹停M合工藝中以混凝沉淀-臭氧生物活性炭-超濾膜工藝去除能力最好。Shengji Xia等[21]則在地表污水處理過(guò)濾的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了當(dāng)使用混凝劑時(shí)超濾膜表面會(huì)獲得正流電流（SC）值，不僅可以降低污水處理中超濾膜的工作壓力，還可以提高超濾膜的工作性能。

2.2.2 超濾-吸附組合工藝

彭婷[22]等使用活性炭結(jié)合PAC超濾膜處理污水，出水效果相較于單獨(dú)使用PAC膜除濁率有所提高，而對(duì)于出水COD和DOC則分別提高了27%和35%。常在功[23]等研究了粉末活性炭對(duì)于超濾膜污染的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明使用粉末活性炭減少了膜孔堵塞和膜孔內(nèi)吸附污染，還有效緩解了超濾膜使用初期膜通量快速下降的問(wèn)題。

在超濾膜組合工藝中，活性炭吸附是目前采用最多的吸附方式，超濾膜結(jié)合吸附工藝可在一定程度上提高過(guò)濾效率，延緩超濾膜污染速度，改善膜反洗的效果，從而大大提高超濾膜使用壽命。

2.2.3 超濾-氧化組合工藝

羅明漢[24]等采用超濾膜結(jié)合高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)工業(yè)園區(qū)的混合污水有機(jī)物去除，在連續(xù)8周的運(yùn)行下水中的懸浮物、COD、氨氮、總磷和色度等相比較單獨(dú)超濾膜有一定降低，對(duì)總大腸菌的去除率達(dá)100%。趙欣[25]等在氧化-超濾膜污水處理中增加了臭氧氧化技術(shù)，臭氧化后小分子質(zhì)量有機(jī)物對(duì)于AOC除效果貢獻(xiàn)度明顯提高，所占比例達(dá)到74%，大分子質(zhì)量和中等分子質(zhì)量有機(jī)物所占比例也有明顯降低。

超濾技術(shù)因?yàn)槠洫?dú)特性對(duì)于溶解性有機(jī)物的濾除效果并不明顯，但結(jié)合氧化技術(shù)之后，超濾處理污水有機(jī)物能力大大提高。

2.2.4 超濾與其他膜組合工藝

王寧若[26]等在城市污水的處理研究中發(fā)現(xiàn)，超濾–納濾雙膜組合工藝處理城市污水時(shí)出水效果良好，納濾的加入，彌補(bǔ)了超濾對(duì)水中的無(wú)機(jī)離子，氮，磷的去除缺陷。黨敏[27]等使用雙膜工藝處理南四湖水的中試試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，結(jié)合納濾之后，系統(tǒng)對(duì)無(wú)機(jī)鹽、單價(jià)離子的去除效果達(dá)90%以上。李倩[28]等使用超濾–反滲透雙膜法處理冶金廢水，出水含鹽量較高問(wèn)題，在使用雙膜之后，平均除鹽率可達(dá)到96.9%。

3? 結(jié)論與展望

超濾膜作為膜分離技術(shù)的核心越來(lái)越受到人們的重視，有機(jī)超濾膜制膜簡(jiǎn)單，但使用壽命不長(zhǎng)，使用成本較大。結(jié)合其他水處理工藝的組合工藝可大大提高膜壽命，而組合工藝中，合適的混凝劑可大大提高超濾膜的使用效率，降低使用成本，混凝或可成為超濾膜污水應(yīng)用的常用預(yù)處理手段。超濾膜技術(shù)在污水處理方面的潛力巨大，未來(lái)可著重研究膜污染的預(yù)防與治理。

（1）目前限制超濾膜廣泛應(yīng)用的仍然是使用成本，可以通過(guò)選擇合適的制膜工藝與材料，提高超濾膜的抗污能力和使用壽命，降低成本。

（2）目前超濾膜的研究偏重于超濾膜改性研究，超濾膜在污水領(lǐng)域的研究可以側(cè)重于成品商業(yè)膜污染機(jī)理的研究，進(jìn)行膜污染控制。

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